Post-postdoctorat en élaboration de méthodes numériques pour l'identification expérimentale de champs de contraintes en dynamique transitoire - Saint-Sébastien-sur-Loire, France - CNRS

Description

Informations générales

Intitulé de l'offre : Post-postdoctorat en élaboration de méthodes numériques pour l'identification expérimentale de champs de contraintes en dynamique transitoire (H/F)
Référence : UMR6183-CANMER-007
Nombre de Postes : 1
Lieu de travail : NANTES
Date de publication : vendredi 3 mai 2024
Type de contrat : CDD Scientifique
Durée du contrat : 20 mois
Date d'embauche prévue : 2 septembre 2024
Quotité de travail : Temps complet
Rémunération : 2 934 € à 4 122 € bruts mensuels, selon expérience professionnelle
Niveau d'études souhaité : Niveau 8 - (Doctorat)
Expérience souhaitée : Indifférent
Section(s) CN : Interactions, particules, noyaux du laboratoire au cosmos

Missions

Dans de nombreux domaines de l'ingénierie, les matériaux subissent des déformations dynamiques. C'est le cas lorsque les structures sont soumises à des explosions ou des impacts, que ce soit dans un contexte militaire, de planétologie ou par exemple lorsqu'un satellite rencontre une constellation de débris spatiaux. Des vitesses de déformation élevées sont également impliquées dans une variété de procédés dynamiques, notamment le soudage par friction-malaxage, le formage électromagnétique ou le soudage par impulsion. Ces déformations extrêmes déclenchent généralement des mécanismes de localisation et des instabilités matérielles. En particulier dans les métaux, ces mécanismes hétérogènes de déformation et le fort couplage thermomécanique induisent une modification significative de la microstructure du matériau.

Le projet ANR IChar vise à étudier, avec un regard neuf, les mécanismes thermomécaniques opérant en cascade à l'échelle des grains lors de chargements à très haute vitesse de déformation, résultant finalement en un écoulement extrême, à l'état solide, de la matière. Du point de vue des méthodes numériques, de nouveaux moyens permettant de sonder quantitativement la réponse mécanique locale dans des microstructures hétérogènes (éventuellement évolutives) sont nécessaires. Parmi la variété de méthodes inverses basées sur l'image pour l'identification de paramètres matériaux, la recalage par éléments finis (FEMU) [1] ou la méthode des champs virtuels (VFM) [2] sont les plus connues (voir [3] pour une revue globale). Néanmoins, ces méthodes numériques sont paramétriques par nature: elles reposent sur le choix a priori d'un modèle constitutif pour calculer les champs mécaniques. Lorsque l'objectif est d'étudier la physique sous-jacente et de construire des modèles avec un minimum d'a priori, il est nécessaire de trouver des voies alternatives. L'identification basée sur les données (DDI) semble être un candidat prometteur. En 2018, Leygue [4] a formulé un problème d'identification inverse où les champs de tenseurs de contrainte peuvent être reconstruits à partir de données cinématiques (obtenues par corrélation d'images numériques (DIC)) et de la mesure d'effort uniquement. Il s'agit d'un problème de minimisation sous contraintes qui recherche, parmi l'infinité des champs de contraintes statiquement admissibles, celui qui minimise par morceau la dispersion autour d'une réponse moyenne dans un espace constitutif judicieusement défini. Jusqu'à présent, la méthode a été testée numériquement sur des matériaux hyperélastiques homogènes et hétérogènes (par exemple [5]), tandis qu'elle a été appliquée expérimentalement à des matériaux hyperélastiques [6], ou elasto-plastiques homogènes [7] et avec effet de vitesse [8], tous dans des régimes quasi-statiques. À ce jour, son application à un cas dynamique transitoire (avec inertie) n'a été testée que sur des données FE non-bruitées [9]. Un point limitant concernant son application dans un contexte expérimental à très haute cadence d'acquisition (au-delà de 1 million d'images par seconde) est l'évaluation de l'accélération locale (contrairement aux approches intégrales utilisées dans d'autres techniques basées sur l'accélération [10]). L'une des clés réside dans le choix des schémas de discrétisation (spatio-temporels) de la DIC et de la DDI permettant de traiter proprement la propagation des ondes et le problème du bruit expérimental.

L'objectif du post-doctorat est de développer une nouvelle formulation du problème DDI, permettant d'accomoder le bruit expérimental et d'éventuelles discontinuités espace-temps pour tempérer les oscillations hautes fréquences parasites provenant d'intégrateurs de type Newmark. L'idée serait de proposer une formulation multi-champ du problème DDI, analogue à celles rencontrées dans divers contextes Galerkin discontinus (DG), permettant le lissage de l'accélération via une approximation dédiée plutôt que par des opérations de filtrage

[1] K. T. Kavanagh, R. W. Clough, International Journal of Solids and Structures (1971), 7, 11–23.
[2] M. Grédiac, Comptes rendus de l'Académie des sciences. Série 2 Mécanique (1989), 309, 1–5.
[3] S. Avril, M. Bonnet, A.-S. Bretelle, M. Grédiac, F. Hild, et. al, Experimental Mechanics (2008), 48, 381–402.
[4] A. Leygue, M. Coret, J. Réthoré, et al., Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering 2018, 331, 184–196.
[5] Valdés-Alonzo, G., Binetruy, C., Eck, B., Garcia-Gonzalez, A., & Leygue, A Phase distribution and properties identification of heterogeneous materials: A data-driven approach. Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, 390,
[6] Dalémat, M., Coret, M., Leygue, A., & Verron, E Measuring stress field without constitutive equation. Mechanics of Materials, 136,
[7] Langlois, R., Coret, M., & Réthoré, J Non‐parametric stress field estimation for history‐dependent materials: Application to ductile material exhibiting Piobert–Lüders localization bands. Strain, 58(4), e12410.
[8] Vinel, A., Seghir, R., Berthe, J., Portemont, G., & Réthoré, J Experimental characterization of material strain-rate dependence based on full-field Data-Driven Identification. hal
[9] Leygue, A., Seghir, R., Réthoré, J., Coret, M., Verron, E., & Stainier, L Non-parametric material state field extraction from full field measurements. Computational Mechanics, 64(2),
[10] Pierron, F., Zhu, H., & Siviour, C Beyond Hopkinson's bar. Philosophical Transactions of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences, ,
[11] I. Bataev, S. Tanaka, Q. Zhou, D. Lazurenko, et al., Materials & Design 2019, 169,

Activités

Les taches associées au poste sont :

•la prise en main des concepts associés à la DDI et la DIC dans un contexte quasi-statique,

•le développement d'une (ou plusieurs) formulation multi-champ du problème DDI,

•la réalisation de tests de validation via jumeaux numériques (propagation d'ondes dans des milieux élastoplastiques hétérogènes),

•la validation de la méthode sur des simulations d'impacts obliques induit par impulsions magnétiques,

•éventuellement, l'application expérimentale de la méthode pourrait être envisagée.

Compétences

Les candidats doivent être titulaires d'une thèse de doctorat en mécanique numérique. Posséder une solide expérience en mécanique des milieux continus, ainsi qu'une connaissance approfondie des méthodes numériques (notamment à travers la programmation dans un contexte d'éléments finis). Une expérience en DIC et en méthodes inverses basées sur le DIC serait un atout. Les candidats doivent avoir une attitude très positive à l'égard du travail en équipe. Enfin, une bonne maitrise en anglais écrit et parlé est indispensable.

Contexte de travail

Le laboratoire de recherche impliqué est le GeM (UMR6183).
Le GeM est une Unité Mixte de Recherche de Centrale Nantes, l'Université de Nantes et du CNRS. Ce laboratoire a été fondé en 2004 et compte environ 240 personnels répartis sur 3 sites à Nantes et Saint-Nazaire.
Le GeM est très impliqué dans la formation par la recherche : il compte une centaine de doctorants et porte plusieurs masters. Les axes de recherches des 9 Unités Thématiques de Recherche (UTR) s'articulent autour du triptyque Matériaux – Procédés – Structure. Les compétences internes relèvent à la fois des techniques expérimentales, de la modélisation et de la simulation numérique.
Le poste à pourvoir fait partie du projet ANR IChar.
Le travail s'effectuera au sein de l'Ecole Centrale de Nantes sous la supervision de Rian Seghir (CR CNRS), Thomas Heuzé (MCF HDR) et Xiaodong Liu (IR CNRS).

Contraintes et risques

Néant